In diesem Teilprojekt steht das grundsätzliche Verständnis der Einflussfaktoren für die Ad-häsion, Proliferation und vor allem die osteogene Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSZ) im Mittelpunkt. Dazu werden spezifisch wechselwirkende Petid-sequenzen, die sowohl für die Adhäsion als auch für die Differenzierung von Bedeutung sind, einzeln und in Kombination ortsaufgelöst in eine per se zelladhäsionsverhindernde Oberflächen-beschichtung eingebaut. Zusammen mit statischen und zyklischen mechanischen Reizen kann so das Verhalten von hMSZ auf künstlichen Materialien gezielt beeinflusst und gesteuert werden.

Ziel des vorliegenden Projektes ist die Steuerung des Proliferations- und Differenzierungsver­haltens humaner Präadipozyten und endothelialer Vorläuferzellen (EPC) auf mikroporösen, dreidimensionalen Vliesstrukturen, um den Aufbau eines vaskularisierten Fettgewebekonstrukts zu ermöglichen. Diese Steuerung soll erfolgen durch (i) peptidfunktionalisierte, resorbierbare Polymere, die mittels Elektrospinning zu wirkstoffbeladenen Nanofasern verarbeitet werden und Wachstumsfaktoren kontinuierlich freisetzen und durch (ii) nicht-virale Transfektion mit Polymer-basierten Nanosphären, die die für Wachstumsfaktoren kodierende Plasmide nach intrazellulär transportieren.

An Titan-Mittelohrprothesen soll ein grundsätzliches Konzept zur optimalen Positionierung und verbesserten Verträglichkeit alloplastischen Prothesenmaterials unter den Aspekten Schwingungsfähigkeit und Haltbarkeit entwickelt werden. Diese Prothesen werden mittels Femtosekunden-Laser an der Kontaktstelle zu Trommelfell und Steigbügel mikrostrukturiert und mittels einer ultradünnen Hydrogelbeschichtung mit biologischen Wirkstoffen aktiviert, so dass bei Minimierung der unspezifischen Proteinadsorption das kontrollierte Einwachsen von Chondrozyten in vitro und in vivo ermöglicht wird.

Scherfelder modulieren Stofftransportvorgänge, Genexpression, Signaltransduktion und Zellmorphologie an Endothelzellen (EC). Diese Abhängigkeit soll in vitro unter physiologischen, venösen und arteriellen Flowbedingungen an nanoskaligen Topographien untersucht werden. Dazu müssen geeignete, EC-besiedelbare, sterilisierbare Messzellen mit einstellbaren Strömungsfeldern entwickelt werden. Auf zellbiologischer/klinischer Seite muss der Einfluss der Scherkraftmodulation auf die vaskuläre Zellfunktion, -morphologie und Genexpression mittels bestimmter Marker ermittelt werden; die Visualisierung von zellulärem Stofftransport soll via Q-Dots erfolgen. Zur Charakterisierung der nanoskaligen Strömungs-/ Transportvorgänge müssen LIF- und PIV-Methoden auf die Fragestellung adaptiert/entwickelt werden.

Primäres Ziel in diesem Projekt ist die Entwicklung einer neuartigen Methode für den Gen- und Medikamententransport basierend auf magnetischen Polstrukturen. Die Gene/Medikamente werden dazu an magnetische Nanopartikel konjugiert; der Einsatz der auf diese Weise entwickelten Konjugate erfolgt als wirkende Chemotaktika als auch in der Induktion zur Stammzelldifferenzierung. Durch die magnetische Wirkung erfolgt eine Bindung der so markierten Gene/Medikamente an die Polstrukturen, wodurch die Gene/Medikamente lokal spezifisch wirken können. Der Aufbau der hierfür erforderlichen magnetischen Mikrosysteme erfolgt in Dünnfilmtechnik.